Обзоры

Уплотнительные материалы используются в газотурбинном двигателе для уменьшения утечек газа, уменьшения или полного устранения утечек жидкостей и способствуют повышению эффективности турбины. Уплотнения подразделяют на уплотнения для неподвижных соединений и уплотнения подвижных соединений.

Среди металлических уплотнительных материалов выделить:

АЛК-500 . Алюминиевая литая композиция, с содержанием гексагонального нитрида бора в пределах 35-45%. Температура эксплуатации материала до 550 ^о С. Применяется в виде покрытия и уплотнительных колец, изготавливаемых по вакуумно-компрессионной технологии.

АНБ . Материал на основе алюминия с содержанием гексагонального нитрида бора 25%. Температура эксплуатации до 450 ^о С. Применяется в виде покрытия, наносимого плазменным способом из порошков.

НПГ-75 . Материал на основе никеля ( 75%) и графита (порошок графита, плакированный никелем). Температура эксплуатации до 550 ^о С. Применяется в виде покрытия, наносимого плазменным способом из порошков.

20Б . Материал на основе никеля и меди (17-22%) с добавлением графита (8-10%), нитрида бора (18-20%) и окиси кремния (4-8%). Температура эксплуатации до 600 ^о С. Применяется в виде покрытия, наносимого плазменным и газопламенным способом (порошки, стержни).

ЭИ435 . Никельхромовый сплав. Температура эксплуатации до 1000 ^о С. Применяется в виде покрытия, наносимого плазменным и газопламенным способом (порошок, проволока ЭИ435 диаметром 1,0 мм, порошок ПХ20Н80 для плазменного напыления и проволока ЭИ435 диаметром 3 мм для газопламенного напыления).

Среди неметаллических уплотнительных материалов выделить:

Уплотнительные термостойкие материалы на основе кремнийорганических лаков. Материал на основе лаков КО-815 и КО-85 с добавлением алюминиевой пудры ПАП- II . Применяются для герметизации резьбовых соединений и сопрягаемых плоскостей, работающих в среде воздуха и паров синтетических масел до 400 ^о С;

Прирабатываемое покрытие УПК-153 . Покрытие на основе эпоксидной смолы К-153, полиэтиленполиамина и талька. Применяется для длительной работы при температурах от -60 ^о С до +115 ^о С.

Антифрикционное покрытие ВАП-2 . Порошок дисульфида молибдена на связующем эпоксидном лаке ЭП-074 (или готовая суспензия ВАП-2 ТУ1-595-5-399-2005). Обладает высокими противозадирными свойствами. Наносят на детали, работающие на воздухе при комнатной или повышенной температуре (до 300 ^о С) в условиях трения или  детали, взаимно перемещающиеся в среде керосина, масла.

18ВК-2Г . Материал на основе теплостойкого клея и графита. Температура эксплуатации до 300 ^о С. Применяется в виде покрытия, наносимого отдельными слоями толщиной до 0,5 мм. Применяется взамен материала НПГ-75 в случае, если требуется повышенная эрозионная стойкость.

Графит промышленный марок АГ-1500 и Нигран-В . Применяется для изготовления антифрикционных притираемых графитовых колец, работающих при температуре до 300 ^о С. Кольца присоединяются к металлической основе с помощью специального цемента на основе карбида бора, кварца молотого пылевидного и карбида кремния или клея ВС-10Т с наполнителем.

Органические уплотнительные материалы (паронит марок 9-38-56 и ПА, смесь резиновая марок 51-2066 и ИРП-1285, фторопласт Ф4). Применяются для изготовления всевозможных деталей колец, прокладок, заглушек, местных локальных изоляций с температурой эксплуатации до 150 ^о С.

Полиэтилен марки ПА-6 . Применяется для изготовления деталей прокладок и заглушек с температурой эксплуатации до 60 ^о С.

Истираемые уплотнительные материалы используются в проточной части турбины для уменьшения утечек газа и повышения эффективности турбины. Для минимизации радиального зазора над рабочими лопатками распространение получило использование сотовых уплотнителей. Конфигурация сотовых уплотнений постоянно совершенствуется по мере накопления опыта разработки, производства и эксплуатации. Материалы, применяемые для изготовления, таких элементов, выбирают в зависимости от условий эксплуатации. Требования, выработанные к материалам таких уплотнительных элементов, в общем виде сформулированы следующим образом:

• Высокая жаропрочность материала уплотнителя;
• Недопустимость растрескивания гребешков лопаток при врезании в уплотнитель;
• Возможность обработки уплотнителя под необходимый размер;
• Возможность ремонта с заменой уплотнительного материала;
• Близость КТР уплотнительного материла и материала сегментных вставок. В 70-х годах, уплотнительные вставки изготавливались из металлокерамического материала на основе никеля, обладающего удовлетворительной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях при нагреве до 1000 ^о С. Однако, обладая высокой коррозионной стойкостью, этот тип уплотнительного материала не обладает способностью сминаться. Поэтому была разработана конструкция сот из гофрированных алюминиевых лент с диаметром ячеек 1,5 мм. Данный материал сотового уплотнителя имеет хорошую способность сминаться при врезании в него гребешков бандажной полки лопатки и обеспечивать минимальный радиальный зазор. Данный тип конструкции применяется до сих пор. Применение материала ХН78Т для сотовых уплотнителей ограничено температурой 950-980 ° C и считается недостаточным.

В настоящее время рассматривается возможность замены сотовых уплотнений на новый истираемый уплотнительный материал с применением технологии прессованного металловойлока. Металловойлок работоспособен при температуре до 900 ^о С без дополнительной специальной защиты. В перспективе рабочая температура войлочного уплотнения может достигать 1100 ^о С. При врезании гребешков лопаток в уплотнительный элемент трещины на гребешках лопатки не образуются из-за способности войлока сминаться без надрезов и, тем самым обеспечить возможность многократной приработки гребешков и уплотнителя с сохранением минимально возможного рабочего зазора.

Новый разработанный истираемый уплотнительный материал изготавливается из металлических волокон диаметром 15-50 мкм, длиной 3-5 мм, получаемых методом экстракции висящей капли расплава вращающимся диском (ЭВКР) из жаростойких сплавов на основе систем Ni-Cr-Al, Ni-Cr-Al-Y или Fe-(Ni)-Cr-Al-Y. Для соединения истираемого уплотнительного материала с металлической подложкой из сплава ЭП648 применяется технология вакуумной пайки с использованием припоев системы Fe-Cr-Al-Si-C, изготовленных в виде липкой ленты на органическом связующем.

Технология пайки, разработанная ФГУП «ВИАМ», обеспечивает получение качественных паяных соединений пористого материала из металлических волокон с деталями из сплава ЭП648 с использованием припоя системы Fe-Cr-Al-Si-C.

Источники информации :

1. Применяемые и перспективные уплотнительные материалы в изделиях АО «ОДК-Климов» . Живушкин А.А.; Полянский С.Б.; Тихомирова Е.А.; Шарова Н.А.; Евстафьев А.Г.; Монастырева Л.А.; Федорова И.Е.; Фарафонов Д.П.; Афанасьев-Ходыкин А.Н. XI Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат». 2019 г.
2. Опыт применения сотовых уплотнителей на изделиях ПАО «Кузнецов» . Учеватов С.А.; Наздрачев С.В.; Пименов Е.В. XI Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат». 2019 г.

29.05.2019